由于这些颗粒尺寸细小、分布密集！ecn工程是什么本刊举荐：针对金属资料正在高温下强度快速衰减的共性困难，上海交通大学马思明等人通过激光粉末床熔融技巧，策画并制备了具有热安祥纳米共晶胞状搜集（ECN）的AlLaScZr合金。该合金正在300°C下屈膝强度高达~250 MPa，职能为古板铝合金的2-5倍，且经长年华热呈现后强度衰减极小。其优异职能源于ECN机合对位错运动的“笼蔽”效应与L12-Al3(Sc,Zr)纳米析出相的协同加强，为拓荒轻量化高温机合资料供应了新范式。
每当说及金属资料正在高温情况下的行使，工程师们经常面对一个棘手的抵触：铝合金固然质轻，但正在200°C以上强度便会快速消浸，而可以接受更高温度的钛合金、镍基合金又往往意味着更高的本钱和重量。古板加强伎俩，如引入热安祥颗粒，正在高温下功效有限，由于热激活的位错运动（如交滑移、攀移）会让位错更容易绕过这些波折物。有没有大概让铝合金正在维持轻质长处的同时，也能正在300°C乃至400°C的中高温界限一展本领？这恰是资料科学家们孜孜以求的主意。
近期，一项公告于《Nature Communications》的切磋为办理这一困难带来了冲破。由上海交通大学马思明、陈哲等人引导的切磋团队，愚弄激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion, LPBF）这一优秀的增材创制技巧，告成研制出一种名为AlLaScZr的新型铝基高温合金。该合金体现出杰出的高温强度，正在300°C时屈膝强度（YS）可达约250兆帕，正在400°C时仍能维持约110兆帕，其职能远超现有商用铝合金，乃至可与局部钛合金和不锈钢媲美，而密度却低得众。更令人惊喜的是，这种优异职能正在经历长年华热呈现后照旧可以维持安祥。
杀青这一职能奔腾的中央窍门，正在于切磋团队奇异地正在合金内部修建了一种奇异的三维纳米机合——热安祥的纳米共晶胞状搜集（Eutectic Cellular Network, ECN）。该机合如统一个结实而稹密的纳米笼子，将柔嫩的铝基体朋分成众数个尺寸仅约200纳米的微细单位，极大地限定了位错正在高温下的运动自正在，从而有用抵御了资料固有的高温软化趋向。
切磋职员紧要利用了激光粉末床熔融（LPBF）技巧制备合金样品，并通过优化工艺参数取得高致密度构件。微观机合外征归纳利用了扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）、原子探针断层扫描（APT）和同步辐射X射线衍射（SXRD）等优秀技巧。力学职能评估通过室温及高温拉伸测试完结，并联结原位SXRD拉伸测试剖析了变形流程中的应力分派和位错行动。外面计划方面，采用密度泛函外面（DFT）评估了要害相界面的机合和能量个性。合金因素策画基于CALPHAD（Calculation of Phase Diagrams）手腕举行热力学模仿引导。
该LPBF制备的AlLaScZr合金正在室温和高温下均再现出高屈膝强度。额外是正在300°C（约铝熔点的0.6倍）时，其屈膝强度到达246 MPa，抗拉强度为265 MPa，延长率约为7%。这一强度值是古板铝合金正在一致温度下的五倍，也是古板耐热铝合金的两倍。同时，它也明显优于其他LPBF铝合金，如AlSi10Mg和AlMgScZr，以及近年来拓荒的众种LPBF耐热铝合金体例（如Al-Ce、Al-Ni、Al-Fe等）。其比强度（强度与密度之比）正在300°C时到达86 MPa/(kg·m
)，约为商用2618耐热铝合金的两倍。尤为要紧的是，该合金正在高温下抵御强度衰减的本事十分高出，正在0.6 T
以上温度仍能维持约60%的室温强度，与少少镍基合金的再现相当，远优于钛合金和不锈钢。
很众增材创制合金的微观机合正在高温下担心祥，比如LPBF Al-Si合金中的共晶硅搜集会缓慢球化，导致强度消浸。与之变成显着比照的是，AlLaScZr合金中的Al-La共晶胞状搜集（ECN）正在300°C下经历168小时长年华退火后，已经能维持其连通性和纳米标准特色，再现出优异的热安祥性。
这种安祥性源于众重成分。起首，La元素正在铝基体中的扩散系数极低（300°C时约为6.9×10
），固溶度也很小（最大0.01 at.%），远低于Si元素，这从动力学上禁止了却构的粗化。其次，ECN中Al
相与α-Al基体之间存正在高度共格的界面。高分袂透射电镜（HRTEM）和密度泛函外面（DFT）计划解说，两者之间存正在特定的取向相干，界面错配度很低（约+0.50%），界面能也较低（约0.45 J·m
界面的正错配，进一步低落了界面能，巩固了安祥性。比拟之下，用Ce代替La的犹如合金（AlCeScZr）中，界面能和晶格错配度均较高，且Al
当退火温度升高至325°C并络续168小时后，ECN机合会被作怪，Al
胞壁球化成均匀尺寸约55纳米的颗粒（称为AlLaScZr-NP状况）。即使如斯，因为这些颗粒尺寸微小、分散聚集，合金正在300°C仍能维持约200 MPa的屈膝强度。同时，α-Al细胞内部高密度的L1
(Sc,Zr)纳米析出相（尺寸约3-5纳米）也再现出极强的抗粗化本事，供应了特地的加强功用。
为了深切贯通加强机制，切磋职员举行了原位同步辐射X射线衍射（SXRD）拉伸实习。结果解说，正在ECN构型中，Al
相正在室温及300°C下均再现出比纳米颗粒阔别（NP）构型更出色的载荷通报本事，其接受的相应力更高。更要紧的是，ECN构型中的α-Al相纵使正在300°C也再现出很高的相应力（屈膝时约180 MPa），比NP构型胜过约50%。这解说ECN不光通过载荷通报加强，更要害的是明显擢升了软质α-Al相自己的强度。
透射电镜观看揭示了背后的位错行动机制。正在ECN样品中，位错被限定正在尺寸约200纳米的α-Al细胞内运动，纵使到断裂应变时，也仅再现为单个位错段正在相邻胞壁之间弓出，未睹显然的位错塞积或缠结。这与正在较大尺寸胞状机合（如LPBF Al-Si合金，胞尺寸0.5-1微米）中观看到的位错正在胞界积攒的气象分别。切磋者以为，当关闭的软质层厚度低于200纳米时，主导的变形机制是受限层滑移（Confined Layer Slip, CLS），登基错以Orowan弓出的样子正在两个平行界面之间运动。计划解说，正在100-200纳米层厚领域内，CLS机制所需的临界应力（σ
）。这解说了为何ECN限定下的α-Al相能接受高应力。而正在NP样品中，位错可正在延续的α-Al基体中长隔断运动（DFP增大），紧要按F-R机制开动，临界应力较低，导致高温下α-Al相强度消浸。断裂形式剖析也接济这一机制：ECN样品中微裂纹出处于胞壁的断裂；而NP样品中则再现为α-Al基体中的韧性断裂。
(Sc,Zr)纳米析出相正在室温下能有用拦阻位错运动，缩短位错自正在程（DFP），供应明显的析出加强。但正在高温下（≥300°C），位错容易通过交滑移和攀移绕过析出相，其拦阻功用削弱。此时，ECN正在限定DFP、庇护α-Al相高强度方面的功用变得至合要紧。Sc、Zr的微合金化正在300°C和400°C仍能供应约40-45 MPa的特地加强增量。基于位错的Kocks-Mecking（K-M）模子定量剖析进一步说明，ECN机合正在高温下具有更高的位错储蓄率和更低的动态湮灭率，巩固了加工硬化本事。
这项切磋告成地通过增材创制技巧，正在铝合金中修建了热安祥的纳米共晶胞状搜集机合，杀青了远超古板铝合金的高温强度和抗软化本事。其要紧意旨正在于：起首，它展现了一种超越古板平均颗粒弥散加强的新范式——愚弄三维互联搜集架构来限定位错运动，额外是正在高温下功效更为明显。其次，它鲜明了当搜集关闭的基体细胞尺寸降至约200纳米以下时，受限层滑移（CLS）机制成为主导，这是杀青基体相自己加强的要害。其余，切磋通过无误的合金策画（拣选La等低扩散性元素）和界面工程（愚弄Sc偏聚低落界面能），办理了AM制备亚稳机合热安祥性差的共性寻事。这项管事不光拓荒出一种具有实践行使潜力的“铝基高温合金”，将轻质铝合金的行使温度窗口拓展至300-400°C，为航空航天、交通运输等界限的轻量化策画供应了新的资料拣选，更要紧的是为愚弄优秀增材创制技巧策画其他具有优异高温职能的合金体例供应了珍贵的外面凭借和可行的技巧途径。
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